EP4070082A1 - Verfahren zur beurteilung der qualität lackierter holzoberflächen - Google Patents

Verfahren zur beurteilung der qualität lackierter holzoberflächen

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EP4070082A1
EP4070082A1 EP20821128.4A EP20821128A EP4070082A1 EP 4070082 A1 EP4070082 A1 EP 4070082A1 EP 20821128 A EP20821128 A EP 20821128A EP 4070082 A1 EP4070082 A1 EP 4070082A1
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EP
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map
curvature
brightness
correlation
cross
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Mathias Nolte
Moritz Reifferscheid
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Lufthansa Technik AG
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Publication date
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    • G06T2207/30161—Wood; Lumber

Definitions

  • the present invention relates to a method for assessing the quality of painted wooden surfaces.
  • Wood is very popular as a building material due to its noble and natural appearance, for example in furniture construction, in vehicle interior fittings and in many other areas.
  • the wooden surface is often painted in order to protect it on the one hand and to further improve the visual appearance on the other hand, for example by creating a "high-gloss look”.
  • the method according to the invention for assessing the quality of lacquered wooden surfaces has the following steps: a. Creating a brightness map of the surface, b. Creating a curvature map of the surface, c. Determining a cross-correlation of brightness map and curvature map, d. Evaluating the result of the cross-correlation Determination of the unevenness of the surface that can be traced back to paint defects.
  • a brightness map denotes an assignment of brightness values to a plurality of points on the surface to be examined.
  • the surface can be assigned, for example, an x and a preferably orthogonally oriented y direction, the surface being represented by a plurality of value pairs (x, y) and each value pair being assigned a brightness value H (x, y) becomes.
  • the points of the surface represented by the value pairs (x, y) are preferably located in a plane into which the observed surface is projected.
  • the brightness values can be determined, for example, with the aid of a camera with a light-sensitive sensor.
  • Especially the observed surface section can be illuminated by a light source, with the help of the camera for each value pair (x, y) a brightness value H (x, y) is measured and used to create the brightness map.
  • a corresponding image point of the camera can be assigned to each value pair (x, y) of the surface.
  • curvature map denotes an assignment of curvature values K (x, y) to a plurality of points (x, y) on the surface to be examined.
  • the curvature values are preferably the mean curvature of the surface at the respective point.
  • the mean curvature is preferably given by the arithmetic mean of the two main curvatures at the respective point.
  • the curvature map can be generated in a basically known manner, for example by means of strip deflectometry.
  • strip deflectometry describes a process in which a striped pattern is generated and directed onto a painted surface to be examined. The reflection of the striped pattern on the painted surface is recorded by a camera.
  • cross-correlation should be understood according to its usual mathematical meaning.
  • the cross-correlation can in particular describe the correlation of the two functions H (x, y) and K (x, y) as a function of a spatial shift (h, k) of the functions relative to one another in the x or y direction.
  • the cross-correlation KK (h, k) of the brightness map and the curvature map can, for example, be determined according to the case in which the brightness map and the curvature map are given by the two discrete position functions H ⁇ xi, y j ) and K ⁇ x, y j) :
  • the indices i, j denote the respective discrete x and y values. If the brightness and curvature maps each have, for example, a number of n discrete x values and m discrete y values, the sums are formed by a double sum in which the index i is the values 1 to n and the index j takes the values 1 to m.
  • the value a is a factor which enables normalization.
  • the curvature map allows a statement to be made about the curvatures present on the paint surface and thus about any unevenness.
  • the measured curvature values can be averaged over the entire observed surface and a standard deviation can be calculated.
  • a large standard deviation results when large deviations from the medium curvature.
  • a large standard deviation is therefore always associated with poor paint quality.
  • the curvature map and in particular the standard deviation do not allow a satisfactory quality assessment in many cases.
  • the Ma sage of the wood is namely formed by pores, which can contract or enlarge over time. This can lead to the formation of a trench or also to a bulging of the paint in the area of the pores.
  • paint defects are referred to below as "paint dip".
  • the optical impression is less affected by such paint dip running along the grain compared to other paint defects the grain extends less strongly into the eye and is perceived by an observer as less disturbing in many cases.
  • paint defects therefore refer to unevenness and other imperfections in the painted wood surface, which do not represent any incidence of paint in the sense mentioned above.
  • the cross-correlation of the brightness map and the curvature map can be determined within the scope of the invention It is easy to determine whether the unevenness of the surface is due to the grain of the wood or not. In this way, the proportion of unevenness in the surface can be determined which can be attributed to paint defects. For example, if a large cross correlation is found, this means that a large proportion of the unevenness is due to the grain.
  • the method according to the invention thus enables a judgment to be made as to whether the measured unevenness is caused by the grain - and thus tends to be tolerated - or whether it is actually a matter of disruptive paint defects. Furthermore, the method according to the invention can be carried out in an automated manner and is also independent of the subjective assessment of an observer. In this way, it can be ensured in a simple and economical way that repair measures are only carried out when an objectively determined lack of paint actually exists.
  • the measured brightness distribution is standardized to create the brightness map. This has the advantage of better comparability between different surfaces. In addition, it can be ruled out that differences in the lighting intensity lead to different results when assessing the quality of the paint.
  • the normalization preferably comprises the following steps: a. Division of the measured brightness distribution by a low-pass filtered version of itself, b.Subtraction of the mean value of the brightness from the result of step a., c.Division of the result of step b. By the standard deviation of the brightness.
  • Step a is used for this.
  • the purpose of normalizing locally different brightnesses and contrasts so that in particular those brightness maps that come from surfaces of different types of wood are matched to one another in terms of brightness and contrast.
  • the mean brightness is almost exactly one.
  • a brightness map is generated whose mean value is approximately zero and the standard deviation is approximately one, so that surfaces of different types of wood can be optimally compared with one another. This also makes the subsequent determination of the cross-correlation easier.
  • the determination of a cross-correlation of the brightness map and the curvature map comprises the following steps: a. Performing a Fourier transformation of the brightness map in the frequency space, b. Performing a Fourier transformation of the curvature map in the frequency space, c. Multiplication of the two Fourier transforms, d.inverse Fourier transform of the result of the multiplication in step c. in the local area.
  • the inverse Fourier transform represents the cross correlation. It has been shown that the Fourier transforms of the brightness and curvature map are easy to handle and the determination of the cross correlation is thus simplified. In particular, a so-called “fast” Fourier transformation can be carried out.
  • the evaluation of the result of the cross correlation to determine the portion of the unevenness of the surface attributable to paint defects is carried out by determining the absolute value of the cross correlation at its extreme point.
  • the extreme point can be a maximum or a minimum, since the grain on the brightness map can appear either light or dark.
  • the incidence of lacquer in the area of a grain can be formed, as explained above, by a bulge or by a trench.
  • the brightness map is preferably already normalized, no further normalization of the cross-correlation is required for the evaluation mentioned.
  • the absolute value of the cross-correlation through the geometric mean is divided from the width and height of the curvature map of the surface area under consideration in order to achieve a normalization with regard to the image size (i.e. the size of the curvature map). If this adaptation to the image size is not carried out, the absolute value of the cross-correlation depends on this image size, which is undesirable for reasons of comparability.
  • a standard deviation of the curvature map is determined, the standard deviation being used as a further indicator for assessing the paint quality.
  • the curvature map is first adjusted for mean values.
  • the mean value adjustment is necessary in particular when the surface to be assessed has a globally curved shape, that is to say, in particular, is not formed by a flat surface. In this case, the curvature map naturally follows the global curvature of the surface.
  • the mean-adjusted curvature map can be obtained, for example, by determining a low-pass filtered version of the curvature map and subtracting it from the curvature map.
  • the low-frequency curvature changes caused by the global shape of the examined surface are removed from the curvature map in this way (i.e. they are no longer present in the mean-value-adjusted curvature map) and only the higher-frequency curvature changes due to paint unevenness remain.
  • a large standard deviation of the mean-adjusted curvature map is usually an indicator of poor paint quality.
  • a curvature threshold value and the number and / or the proportion can be defined the points on the curvature map are determined which exceed the curvature threshold value, the number and / or the proportion of the curvature map points exceeding the curvature threshold value being used as a further indicator for assessing the paint quality. If the measured curvature exceeds the threshold value at a point on the curvature map, a paint defect can be assumed. The number of points exceeding the threshold value is therefore also a meaningful indicator of the paint quality. The number and / or the proportion of the points exceeding the threshold value is preferably determined on a mean value-adjusted curvature map. This can also prevent the global curvature of a surface to be examined from exerting an influence on the evaluation.
  • FIG. 1 (a): a brightness map used in the context of the method according to the invention, (b): a brightness map generated by low-pass filtering, and (c): a standardized brightness map;
  • FIG. 2 a curvature map used in the context of the method according to the invention
  • FIG. 3 (a): a Fourier transform of the normalized brightness map of FIG. 1 (c), (b): a Fourier transform of the curvature map of FIG. 2, (c): one
  • FIG. 1 shows several brightness maps used in the context of the method according to the invention of a section of a lacquered wooden surface to be examined.
  • the brightness cards are each designed as gray value diagrams and have an extension in the x-direction 13 and an extension in the y-direction 14.
  • the brightness maps have a large number of pixels, each pixel being assigned a gray value which represents the respective brightness.
  • the surface section represented by the brightness map was illuminated by a light source (not shown) and captured by a camera (not shown).
  • Figure 1 (b) shows a low-pass filtered version of the brightness map shown in Figure 1 (a).
  • the low-pass filter filters out the change in brightness at a high frequency, so that the brightness in FIG. 1 (b) changes significantly more slowly than in FIG. 1 (a) if the respective map is "followed" along an imaginary line.
  • FIG. 1 (c) shows a brightness map in which the respective brightness is obtained by dividing the brightness distribution shown in FIG. 1 (a) by the brightness distribution shown in FIG. 1 (b). This means that for each pixel given by a pair of values (x, y) a quotient is formed from the respective brightness values. Due to this normalization, the brightness maps of different wood types are determined in terms of their contrast as well as their brightness adjusted to each other so that there is better comparability.
  • FIG. 2 shows a map of the curvature of the observed section of the lacquered wood surface obtained by means of strip optometry.
  • the curvature map is also a gray value diagram in which the respective gray value represents the curvature at the respective pixel.
  • a stripe pattern was projected onto the observed section and the reflection of the stripe pattern was recorded by the camera (not shown).
  • a mean curvature was calculated for each image point (x, y) on the basis of the deformed stripe image captured by the camera, which is represented in FIG. 2 by a gray value.
  • the number of pixels on the curvature map matches the number of pixels (x, y) on the brightness map, and the same section of the painted wood surface is considered to create the brightness map and the curvature map.
  • the curvature map is not standardized. During the later evaluation of the cross-correlation, this enables a statement to be made about the absolute characteristics of the incidence of lacquer running along a grain and thus a direct comparison between different lacquered wood surfaces.
  • FIG. 3 (a) shows the Fourier transform of the normalized brightness map of FIG. 1 (c).
  • the expression of the respective frequencies is shown in FIG. 1 (c) by a gray value of the respective pixel.
  • Figure 3 (b) shows a Fourier transform of the curvature map of Figure 2.
  • the expression The generation of the respective frequencies is also shown in FIG. 3 (b) by a gray value of the respective pixel.
  • FIG. 3 (c) shows a multiplication of the Fourier transform of FIGS. 3 (a) and 3 (b).
  • FIG. 3 (d) shows a gray value diagram of an inverse Fourier transform of the multiplication of the Fourier transform shown in FIG. 3 (c).
  • the inverse Fourier transformation of FIG. 3 (d) represents the cross-correlation of the brightness map of FIG. 1 (c) and the curvature map of FIG. 2, with the height and width of the viewed image also being normalized.
  • FIG. 3 (d) The amount of cross-correlation obtained for different spatial displacements in the x and y directions is shown in FIG. 3 (d) by a gray value of the respective pixel.
  • a graph 15 is shown below the gray value diagram in FIG. 3 (d), which shows the cross-correlation as a function of the shift in the x direction, the shift in the y direction being set to zero.
  • a graph 16 is shown which shows the cross correlation as a function of the displacement in the y direction, the displacement in the x direction being set to zero.
  • the position of the two graphs in the gray value diagram is indicated by a horizontal or vertical line.
  • the graphs 15 and 16 clearly show a maximum of the cross-correlation with a shift of (0, 0).
  • a statement can be made as to which part of the unevenness determined by the curvature map can be attributed to disruptive paint defects (scratches, paint defects) and what proportion is due to the existing grain. In this way, the evaluation can be carried out automatically in an objective manner.
  • other measures can be used to assess the paint quality.
  • the standard deviation of the curvature can be used as a measure using the curvature map.
  • a further dimension figure can be defined which results from the number of those pixels whose curvature exceeds a defined curvature threshold value.
  • the curvature map is preferably adjusted for mean values, as already explained above, in order to avoid an undesirable influence of the global curvature of the surface to be examined on the dimensional figures.
  • a weighting can be assigned to the measures, with a global measure being able to be calculated on the basis of the measures, taking into account the respective weighting.
  • the method according to the invention enables an objective and automatable assessment of the quality of painted wooden surfaces.

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Beurteilung der Qualität lackierter Holzoberflächen. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren weder folgende Schritte durchgeführt: a. Erstellen einer Helligkeitskarte der Oberfläche, b. Erstellen einer Krümmungskarte der Oberfläche, c. Ermitteln einer Kreuzkorrelation von Helligkeitskarte und Krümmungskarte, d. Auswertung des Ergebnisses der Kreuzkorrelation zur Ermittlung des auf Lackmängel zurückzuführenden Anteils der Unebenheiten der Oberfläche. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können auf einfache Weise störende Lackmängel von solchen Lackmängeln unterschieden werden, welche auf die Maserung des Holzes zurückzuführen sind.

Description

Verfahren zur Beurteilung der Qualität lackierter Holzoberflä chen
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Beurteilung der Qualität lackierter Holzoberflächen.
Holz erfreut sich als Baumaterial aufgrund seines edlen und natürlichen Aussehens beispielsweise im Möbelbau, im Fahrzeu ginnenausbau und auch in vielen anderen Bereichen großer Beliebtheit. Die Holzoberfläche wird oftmals lackiert, um diese einerseits zu schützen und andererseits die visuelle An mutung weiter zu verbessern, beispielsweise durch Erzeugung einer „Hochglanzoptik".
Zur Qualitätsbeurteilung von lackierten Holzoberflächen ist es bekannt, die Lackoberfläche einer individuellen Sichtprüfung zu unterziehen. Problematisch dabei ist allerdings, dass der optische Eindruck, den ein Beobachter von einer glänzenden Lackoberfläche erhält, stets vom einfallenden Licht aus der Umgebung abhängt, welches an der Oberfläche reflektiert wird, wodurch der Beobachter ein Abbild der Umgebung auf die Ober fläche projiziert sieht. Zudem hängt der optische Eindruck stark von der Blickrichtung des Beobachters ab sowie auch von dem Wissen des Beobachters über Gestalt und Reflektivität des untersuchten Objektes. Individuelle Sichtprüfungen führen da her zu subjektiven und somit schlecht vergleichbaren Ergebnis sen.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Er findung, ein verbessertes Verfahren zur Beurteilung der Quali tät lackierter Holzoberflächen bereitzustellen. Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß dem unab hängigen Anspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beurteilung der Qualität lackierter Holzoberflächen weist die folgenden Schritte auf: a.Erstellen einer Helligkeitskarte der Oberfläche, b.Erstellen einer Krümmungskarte der Oberfläche, c.Ermitteln einer Kreuzkorrelation von Helligkeits karte und Krümmungskarte, d.Auswertung des Ergebnisses der Kreuzkorrelation zur Ermittlung des auf Lackmängel zurückzuführenden An teils der Unebenheiten der Oberfläche.
Zunächst werden einige im Rahmen der Erfindung verwendete Be griffe erläutert.
Eine Helligkeitskarte bezeichnet im Rahmen der Erfindung eine Zuordnung von Helligkeitswerten zu einer Mehrzahl von Punkten der zu untersuchenden Oberfläche. Der Oberfläche kann dazu beispielsweise eine x- und eine dazu vorzugsweise orthogonal ausgerichtete y-Richtung zugeordnet werden, wobei die Oberflä che durch eine Mehrzahl von Wertepaaren (x, y) repräsentiert wird und wobei jedem Wertepaar ein Helligkeitswert H(x, y) zu geordnet wird. Die durch die Wertepaare (x, y) repräsentierten Punkte der Oberfläche liegen vorzugsweise in einer Ebene, in die die betrachtete Oberfläche projiziert wird. Die Hellig keitswerte können beispielsweise mit Hilfe einer Kamera mit einem lichtempfindlichen Sensor ermittelt werden. Insbesondere kann der betrachtete Oberflächenabschnitt durch eine Licht quelle beleuchtet werden, wobei mit Hilfe der Kamera für jedes Wertepaar (x, y) ein Helligkeitswert H(x, y) gemessen und zur Erstellung der Helligkeitskarte verwendet wird. Jedem Werte paar (x, y) der Oberfläche kann ein entsprechender Bildpunkt der Kamera zugeordnet sein.
Der Begriff Krümmungskarte bezeichnet eine Zuordnung von Krüm mungswerten K(x, y) zu einer Mehrzahl von Punkten (x, y) der zu untersuchenden Oberfläche. Bei den Krümmungswerten handelt es sich vorzugweise um die mittlere Krümmung der Oberfläche an dem jeweiligen Punkt. Die mittlere Krümmung ist dabei vorzugs weise durch das arithmetische Mittel der beiden Hauptkrümmun- gen im jeweiligen Punkt gegeben. Die Krümmungskarte kann auf grundsätzlich bekannte Weise beispielsweise mittels Streifen- deflektometrie erzeugt werden. Der Begriff „Streifendeflekto- metrie" bezeichnet ein Verfahren, bei dem ein Streifenmuster erzeugt und auf eine zu untersuchende lackierte Oberfläche ge richtet wird. Die Reflexion des Streifenmusters an der la ckierten Oberfläche wird von einer Kamera erfasst. Auf der zu untersuchenden Oberfläche vorhandene lokale Unebenheiten füh ren dazu, dass das von der Kamera erfasste Streifenmuster ge genüber dem ursprünglich erzeugten Streifenmuster deformiert ist. Aus den Deformationen kann die Krümmung der Oberfläche bzw. die lokale Ausrichtung der Normalvektoren, welche an ei nem betrachteten Punkt senkrecht auf der Oberfläche stehen, berechnet werden (siehe z.B. „Li, Wansong; Bothe, Thorsten; von Kopylow, Christoph; Jüptner, Werner: High Resolution 3D Shape Measurement on specular surfaces by fringe reflection. In: Proceedings of SPIE Volume 5457, 2004, S. 411-422"). Vorzugsweise wird für die Erstellung der Helligkeitskarte so wie für die Erstellung der Krümmungskarte dieselbe Kamera ver wendet.
Der Begriff Kreuzkorrelation ist gemäß seiner üblichen mathe matischen Bedeutung zu verstehen. Die Kreuzkorrelation kann insbesondere die Korrelation der beiden Funktionen H(x, y) und K(x, y) in Abhängigkeit einer Ortsverschiebung (h, k) der Funktionen relativ zueinander in x- bzw. y-Richtung beschrei ben. Die Kreuzkorrelation KK(h,k) von Helligkeitskarte und Krümmungskarte kann beispielsweise für den Fall, dass Hellig keitskarte und Krümmungskarte durch die beiden diskreten Orts funktionen H{xi,yj) und K{x,yj) gegeben sind, ermittelt werden gemäß:
Die Indizes i, j bezeichnen dabei die jeweiligen diskreten x- bzw. y-Werte. Die Summen werden für den Fall, dass Hellig- keits- und Krümmungskarte jeweils beispielsweise eine Anzahl von n diskreten x-Werten und m diskreten y-Werten aufweisen, gebildet durch eine Doppelsumme, bei der der Index i die Werte 1 bis n und der Index j die Werte 1 bis m annimmt. Der Wert a ist ein Faktor, welcher eine Normierung ermöglicht.
Die Krümmungskarte erlaubt es, eine Aussage über die auf der Lackoberfläche vorhandenen Krümmungen und somit über vorhan dene Unebenheiten zu treffen. Dazu können beispielsweise die gemessenen Krümmungswerte über die gesamte betrachtete Ober fläche gemittelt werden und eine Standardabweichung berechnet werden. Eine große Standardabweichung ergibt sich dann, wenn an vielen Stellen der Oberfläche große Abweichungen von der mittleren Krümmung vorliegen. Eine große Standardabweichung geht daher grundsätzlich mit einer schlechten Lackqualität einher.
Allerdings wurde im Rahmen der Erfindung erkannt, dass die Krümmungskarte und insbesondere die Standardabweichung in vie len Fällen keine zufriedenstellende Qualitätsbeurteilung zu lässt. Insbesondere wurde erkannt, dass die natürliche Mase rung von Holzoberflächen häufig zu Unebenheiten in der Ober fläche führt, welche dem Verlauf der Maserung folgen. Die Ma serung des Holzes wird nämlich durch Poren gebildet, welche sich im Laufe der Zeit zusammenziehen oder vergrößern können. Dadurch kann es zu einer Grabenbildung oder auch zu einer Auf wölbung des Lacks im Bereich der Poren kommen. Solche Lackmän gel werden nachfolgend als „Lackeinfall" bezeichnet. Im Rahmen der Erfindung wurde weiterhin erkannt, dass der optische Ein druck durch einen solchen entlang der Maserung verlaufenden Lackeinfall im Vergleich zu anderen Lackmängeln weniger stark beeinträchtigt wird. Vielmehr fällt ein Lackeinfall, welcher sich entlang der Maserung erstreckt, weniger stark ins Auge und wird von einem Beobachter in vielen Fällen als wenig stö rend empfunden. Ein sich entlang einer Maserung erstreckender Lackeinfall wird daher im Rahmen der Erfindung nicht zu den „Lackmängeln" gezählt. Lackmängel bezeichnen also im Rahmen der Erfindung Unebenheiten und sonstige Fehlstellen in der la ckierten Holzoberfläche, welche keinen Lackeinfall im oben ge nannten Sinne darstellen.
Da die Maserung des Holzes auf der Helligkeitskarte als Hel ligkeitsverlauf erkennbar ist (die die Maserung bildenden Po ren sind üblicherweise heller oder dunkler als die jeweilige Umgebung), kann im Rahmen der Erfindung durch die Ermittlung der Kreuzkorrelation von Helligkeitskarte und Krümmungskarte auf einfache Weise festgestellt werden, ob die Unebenheiten der Oberfläche auf die Maserung des Holzes zurückzuführen sind oder nicht. Es kann auf diese Weise der Anteil der Unebenhei ten der Oberfläche ermittelt werden, welcher auf Lackmängel zurückzuführen ist. Wird beispielsweise eine große Kreuzkorre lation gefunden, bedeutet dies, dass ein großer Anteil der Un ebenheiten auf die Maserung zurückzuführen ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit aufgrund der Berücksichtigung der Kreuzkorrelation ein Urteil darüber ob gemessene Unebenheiten durch die Maserung verursacht sind - und somit tendenziell eher toleriert werden können - oder ob es sich um tatsächliche störende Lackmängel handelt. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren automatisiert durchgeführt werden und ist zudem unabhängig von der subjektiven Einschät zung eines Beobachters. Es kann so auf einfache und wirt schaftliche Weise sichergestellt werden, dass Reparaturmaßnah men erst dann vorgenommen werden, wenn tatsächlich ein objek tiv festgestellter Lackmangel besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die gemessene Hel ligkeitsverteilung zur Erstellung der Helligkeitskarte nor miert. Dies hat den Vorteil einer besseren Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Oberflächen. Zudem kann ausgeschlossen werden, dass Unterschiede in der Beleuchtungsintensität zu un terschiedlichen Ergebnissen bei der Beurteilung der Lackquali tät führen.
Vorzugsweise umfasst die Normierung folgende Schritte: a.Division der gemessenen Helligkeitsverteilung durch eine tiefpassgefilterte Version ihrer selbst, b.Subtraktion des Mittelwerts der Helligkeit vom Er gebnis des Schritts a., c.Division des Ergebnisses des Schritts b. Durch die Standardabweichung der Helligkeit.
Dabei dient der Schritt a. dem Zweck, lokal unterschiedliche Helligkeiten und Kontraste zu normieren, so dass insbesondere solche Helligkeitskarten, welche von Oberflächen verschiedener Holzsorten stammen, bezüglich Helligkeit und Kontrast aneinan der angeglichen werden. Zudem liegt die mittlere Helligkeit aufgrund der Division gemäß Schritt a) fast genau bei Eins. Durch die Subtraktion des Mittelwerts sowie die Division durch die Standardabweichung wird eine Helligkeitskarte erzeugt, de ren Mittelwert etwa bei Null liegt und deren Standardabwei chung etwa bei Eins liegt, so dass Oberflächen verschiedener Holzsorten optimal miteinander vergleichbar sind. Zudem wird dadurch die nachfolgende Ermittlung der Kreuzkorrelation er leichtert.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Ermitteln ei ner Kreuzkorrelation von Helligkeitskarte und Krümmungskarte die folgenden Schritte: a.Durchführung einer Fouriertransformation der Hellig keitskarte in den Frequenzraum, b.Durchführung einer Fouriertransformation der Krüm mungskarte in den Frequenzraum, c.Multiplikation der beiden Fouriertransformierten, d.inverse Fouriertransformation des Ergebnisses der Multiplikation in Schritt c. in den Ortsraum.
Die inverse Fouriertransformation stellt in diesem Fall die Kreuzkorrelation dar. Es hat sich gezeigt, dass die Fourier transformierten der Helligkeits- und Krümmungskarte leicht handhabbar sind und die Ermittlung der Kreuzkorrelation so vereinfacht wird. Insbesondere kann eine sogenannte „schnelle" Fouriertransformation durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Auswertung des Ergebnisses der Kreuzkorrelation zur Ermittlung des auf Lackmängel zurückzuführenden Anteils der Unebenheiten der Oberfläche durch Ermittlung des Absolutwertes der Kreuz korrelation in ihrem Extrempunkt erfolgt. Bei dem Extrempunk kann es sich um ein Maximum oder um ein Minimum handeln, da die Maserung auf der Helligkeitskarte entweder hell oder dun kel erscheinen kann. Zudem kann der Lackeinfall im Bereich ei ner Maserung wie oben erläutert durch eine Wölbung oder durch einen Graben gebildet werden.
Da die Helligkeitskarte, wie oben erläutert, vorzugsweise be reits normiert ist, ist für die genannte Auswertung keine wei tere Normierung der Kreuzkorrelation erforderlich. Bevorzugt erfolgt insbesondere keine Normierung der Krümmungsverteilung bzw. der Fouriertransformierten der Krümmungsverteilung. Dies hat den Vorteil, dass die Absolutwerte der Kreuzkorrelation im Extrempunkt eine absolute Aussage über die Ausprägung des durch Maserung verursachten Lackeinfalls ermöglichen, und so mit ein unmittelbarer Vergleich für verschiedene betrachtete Lackoberflächen vorgenommen werden kann. Allerdings kann vor gesehen sein, dass der Absolutwert der Kreuzkorrelation durch das geometrische Mittel aus der Breite und Höhe der Krümmungs karte des betrachteten Oberflächenbereichs geteilt wird, um so eine Normierung bezüglich der Bildgröße (also der Größe der Krümmungskarte) zu erreichen. Wenn diese Anpassung an die Bildgröße nicht durchgeführt wird, hängt der Absolutwert der Kreuzkorrelation von dieser Bildgröße ab, was aus Gründen der Vergleichbarkeit unerwünscht ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine Standardabweichung der Krümmungskarte ermittelt wird, wobei die Standardabweichung als weiterer Indikator zur Beurteilung der Lackqualität verwendet wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Krümmungskarte zunächst mittelwert bereinigt wird. Die Mittelwertbereinigung ist insbesondere dann erforderlich, wenn die zu beurteilende Oberfläche eine global gekrümmte Form aufweist, also insbesondere nicht durch eine Planfläche gebildet ist. In diesem Fall folgt die Krüm mungskarte natürlich dem globalen Krümmungsverlauf der Ober fläche. Die mittelwertbereinigte Krümmungskarte kann bei spielsweise erhalten werden, indem eine tiefpassgefilterte Version der Krümmungskarte ermittelt und von der Krümmungs karte subtrahiert wird. Die durch die globale Form der unter suchten Fläche verursachten niederfrequenten Krümmungsänderun gen werden auf diese Weise aus der Krümmungskarte entfernt (sind also in den mittelwertbereinigten Krümmungskarte nicht mehr vorhanden) und nur die höherfrequenten auf Lackunebenhei ten zurückzuführenden Krümmungsänderungen verbleiben. Eine große Standardabweichung der mittelwertbereinigten Krümmungs karte ist üblicherweise ein Indikator für eine schlechte Lackqualität .
Weiterhin kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein Krüm mungsschwellwert festgelegt und die Anzahl und/oder der Anteil der Punkte der Krümmungskarte ermittelt werden, welche den Krümmungsschwellwert überschreiten, wobei die Anzahl und/oder der Anteil der den Krümmungsschwellwert überschreitenden Punkte der Krümmungskarte als weiterer Indikator zur Beurtei lung der Lackqualität verwendet wird. Wenn die gemessene Krüm mung an einem Punkt der Krümmungskarte den Schwellwert über schreitet, kann von einem Lackfehler ausgegangen werden. Die Anzahl der den Schwellwert überschreitenden Punkte ist somit ebenfalls ein aussagekräftiger Indikator für die Lackqualität. Vorzugsweise wird die Ermittlung der Anzahl und/oder der An teil der den Schwellwert überschreitenden Punkte an einer mit telwertbereinigten Krümmungskarte durchgeführt. Dadurch kann auch hier vermieden werden, dass der globale Krümmungsverlauf einer zu untersuchenden Fläche einen Einfluss auf die Auswer tung ausübt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft erläutert. Es zeigen:
Figur 1: (a): eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Helligkeitskarte, (b): eine durch eine Tiefpassfilterung erzeugte Helligkeitskarte, und (c): eine normierte Helligkeitskarte;
Figur 2: eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ver wendete Krümmungskarte;
Figur 3: (a): eine Fouriertransformierte der normierten Hel ligkeitskarte der Figur 1(c), (b): eine Fouriertrans formierte der Krümmungskarte der Figur 2, (c): eine
Multiplikation der Fouriertransformierten aus (a) und (b), (d): eine Kreuzkorrelation der Helligkeitskarte der Figur 1(c) und der Krümmungskarte der Figur 2.
Figur 1 zeigt mehrere im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfah rens verwendete Helligkeitskarten eines zu untersuchenden Ab schnitts einer lackierten Holzoberfläche. Die Helligkeitskar ten sind jeweils als Grauwertdiagramme ausgebildet und weisen eine Ausdehnung in x-Richtung 13 sowie eine Ausdehnung in y- Richtung 14 auf. Die Helligkeitskarten weisen eine Vielzahl von Bildpunkten auf, wobei jedem Bildpunkt ein Grauwert zuge ordnet ist, welcher die jeweilige Helligkeit repräsentiert.
Zur Erzeugung der in Figur 1(a) gezeigten Helligkeitskarte wurde der von der Helligkeitskarte repräsentierte Oberflächen abschnitt durch eine nicht gezeigte Lichtquelle beleuchtet und von einer nicht gezeigten Kamera erfasst.
Figur 1(b) zeigt eine tiefpassgefilterte Version der in Figur 1(a) gezeigten Helligkeitskarte. Durch den Tiefpassfilter wer den Helligkeitswechsel mit hoher Frequenz herausgefiltert, so dass sich die Helligkeit in Figur 1(b) im Vergleich zu Figur 1(a) deutlich langsamer ändert, wenn man die jeweilige Karte entlang einer gedachten Linie „verfolgt".
Figur 1(c) zeigt eine Helligkeitskarte, bei der sich die je weilige Helligkeit durch eine Division der in Figur 1(a) ge zeigten Helligkeitsverteilung durch die in Figur 1(b) gezeigte Helligkeitsverteilung ergibt. Dies bedeutet, dass für jeden durch ein Wertepaar (x, y) gegebenen Bildpunkt ein Quotient aus den jeweiligen Helligkeitswerten gebildet wird. Aufgrund dieser Normierung werden die Helligkeitskarten verschiedener Holztypen in Bezug auf ihren Kontrast sowie ihre Helligkeit aneinander angeglichen, so dass eine bessere Vergleichbarkeit besteht .
Figur 2 zeigt eine mittels Streifendetlektometrie gewonnene Krümmungskarte des betrachteten Abschnitts der lackierten Holzoberfläche. Auch bei der Krümmungskarte handelt es sich um ein Grauwertdiagramm, bei der der jeweilige Grauwert die Krüm mung am jeweiligen Bildpunkt repräsentiert. Zur Erzeugung der Krümmungskarte wurde ein Streifenmuster auf den betrachteten Abschnitt projiziert und die Reflexion des Streifenmusters durch die nicht gezeigte Kamera erfasst. Auf hier nicht näher erläuterte und grundsätzlich bekannte Weise wurde anhand des von der Kamera erfassten deformierten Streifenbildes für jeden Bildpunkt (x, y) eine mittlere Krümmung berechnet, welche in Figur 2 durch einen Grauwert dargestellt ist. Die Anzahl der Bildpunkte der Krümmungskarte stimmt mit der Anzahl der Bild punkte (x, y) der Helligkeitskarte überein, zudem wird zur Er stellung von Helligkeitskarte und Krümmungskarte derselbe Ab schnitt der lackierten Holzoberfläche betrachtet.
Im Unterschied zur Helligkeitskarte ist die Krümmungskarte nicht normiert. Dies ermöglicht bei der späteren Auswertung der Kreuzkorrelation eine Aussage über die absolute Ausprägung des entlang einer Maserung verlaufenden Lackeinfalls und somit einen unmittelbaren Vergleich zwischen verschiedenen lackier ten Holzoberflächen.
Figur 3(a) zeigt die Fouriertransformierte der normierten Hel ligkeitskarte der Figur 1(c). Die Ausprägung der jeweiligen Frequenzen ist in der Figur 1(c) durch einen Grauwert des je weiligen Bildpunkts dargestellt. Figur 3(b) zeigt eine Fou riertransformierte der Krümmungskarte der Figur 2. Die Ausprä- gung der jeweiligen Frequenzen ist in der Figur 3 (b) eben falls durch einen Grauwert des jeweiligen Bildpunkts darge stellt. Figur 3(c) zeigt eine Multiplikation der Fouriertrans- formierten der Figuren 3(a) und 3(b).
Schließlich zeigt Figur 3(d) ein Grauwertdiagramm einer inver sen Fouriertransformation der in Figur 3(c) gezeigten Multi plikation der Fouriertransformierten. Die inverse Fourier transformation der Figur 3(d) stellt die Kreuzkorrelation der Helligkeitskarte der Figur 1(c) und der Krümmungskarte der Fi gur 2 dar, wobei außerdem eine Normierung bezüglich der Höhe und Breite des betrachteten Bildes stattgefunden hat.
Der erhaltene Betrag der Kreuzkorrelation für verschiedene Ortsverschiebungen in x- und y-Richtung ist in Figur 3(d) durch einen Grauwert des jeweiligen Bildpunkts dargestellt. Unterhalb des Grauwertdiagramms der Figur 3(d) ist ein Graph 15 dargestellt, welcher die Kreuzkorrelation in Abhängigkeit der Verschiebung in x-Richtung zeigt, wobei die Verschiebung in y-Richtung Null gesetzt ist. Rechts vom Grauwertdiagramm der Figur 3(d) ist ein Graph 16 gezeigt, welcher die Kreuzkor relation in Abhängigkeit der Verschiebung in y-Richtung zeigt, wobei die Verschiebung in x-Richtung Null gesetzt ist. Die Lage der beiden Graphen im Grauwertdiagramm ist durch eine ho rizontale bzw. durch eine vertikale Linie angedeutet.
Anhand der Graphen 15 und 16 ist deutlich ein Maximum der Kreuzkorrelation bei einer Verschiebung von (0, 0) zu erken nen. Anhand des Absolutwertes der Kreuzkorrelation im Maximum (0, 0) kann eine Aussage darüber getroffen werden, welcher An teil der durch die Krümmungskarte ermittelten Unebenheiten auf störende Lackmängel (Kratzer, Lackfehlstellen) zurückzuführen ist, und welcher Anteil auf die vorhandene Maserung zurückzu führen ist. Auf diese Weise kann die Auswertung auf objektive Weise automatisiert durchgeführt werden. Neben der wie oben beschrieben ermittelten Kreuzkorrelation können weitere Maßzahlen zur Beurteilung der Lackqualität her angezogen werden. Insbesondere kann anhand der Krümmungskarte die Standardabweichung der Krümmung als Maßzahl verwendet wer den. Zudem kann eine weitere Maßzahl festgelegt werden, welche sich aus der Anzahl derjenigen Pixel ergibt, deren Krümmung einen festgelegten Krümmungsschwellwert überschreitet. Für die Ermittlung der vorgenannten Maßzahlen wird die Krümmungskarte vorzugsweise, wie oben bereits erläutert, mittelwertbereinigt, um einen unerwünschten Einfluss der globalen Krümmung der zu untersuchenden Oberfläche auf die Maßzahlen zu vermeiden.
Den Maßzahlen kann eine Gewichtung beigemessen werden, wobei anhand der Maßzahlen unter Berücksichtigung der jeweiligen Ge wichtung eine globale Maßzahl berechnet werden kann. Das er- findungsgemäße Verfahren ermöglicht auf diese Weise eine ob jektive und automatisierbare Beurteilung der Qualität lackier ter Holzoberflächen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Beurteilung der Qualität lackierter Holz oberflächen, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a.Erstellen einer Helligkeitskarte der Oberfläche, b.Erstellen einer Krümmungskarte der Oberfläche, c.Ermitteln einer Kreuzkorrelation von Helligkeits karte und Krümmungskarte, d.Auswertung des Ergebnisses der Kreuzkorrelation zur Ermittlung des auf Lackmängel zurückzuführenden An teils der Unebenheiten der Oberfläche.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erstellung der Helligkeitskarte die gemessene Hellig keitsverteilung normiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Normierung folgende Schritte umfasst: a.Division der gemessenen Helligkeitsverteilung durch eine tiefpassgefilterte Version ihrer selbst, b.Subtraktion des Mittelwerts der Helligkeit vom Er gebnis des Schritts a., c.Division des Ergebnisses des Schritts b. Durch die Standardabweichung der Helligkeit.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass das Erstellen einer Krümmungskarte der Oberfläche mittels Streifendeflektometrie erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das Durchführen einer Kreuzkorrelation von Helligkeitskarte und Krümmungskarte folgende Schritte umfasst: a.Durchführung einer Fouriertransformation der Hellig keitskarte in den Frequenzraum, b. Durchführung einer Fouriertransformation der Krüm mungskarte in den Frequenzraum, c.Multiplikation der beiden Fouriertransformierten, d.inverse Fouriertransformation des Ergebnisses der Multiplikation in Schritt c. in den Ortsraum.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Auswertung des Ergebnisses der Kreuzkorrelation zur Ermittlung des auf Lackmängel zurück zuführenden Anteils der Unebenheiten der Oberfläche durch Ermittlung des Absolutwerts der Kreuzkorrelation in ihrem Extrempunkt erfolgt.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Standardabweichung der Krümmungskarte als weiterer Indika tor zur Beurteilung der Lackqualität verwendet wird.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein Krümmungsschwellwert festgelegt und die Anzahl und/oder der Anteil der Punkte der Krümmungskarte ermittelt wird, welche den Krümmungsschwellwert überschreiten, wobei die Anzahl und/oder der Anteil der den Krümmungsschwellwert überschreitenden Punkte der Krümmungskarte als weiterer Indikator zur Beurteilung der Lackqualität verwendet wird.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem der Ermittlung des jeweiligen Indikators eine mittelwertberei nigte Krümmungskarte zugrunde gelegt wird.
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